2013 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマと生体ユニットとの原子・分子動的相互作用の解明
| Project Area | Plasma medical innovation |
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| Project/Area Number |
24108005
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
水野 彰 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20144199)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマ医療 / 大気圧プラズマ |
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| Research Abstract |
本研究課題は大気圧や液中での低温プラズマ照射が及ぼす影響を系統的に解析し、従来の細胞生存率や治癒経過のみを指標とした解析からさらに踏み込み、分子・細胞・組織などへの影響を定量的に把握することを試みている。
25年度はゲノムDNAとコートタンパク質のみで構成されるバクテリオファージを利用して、大腸菌などのモデル微生物よりもシンプルな実験系を構築し、DNA・タンパク質それぞれの損傷がプラズマによるウイルス不活化にどのように寄与するか、すなわち不活化の主因が、DNAへの損傷によるものか、それともコートタンパク質への損傷によるものかを調べた。試料としてバクテリオファージφX174を用い、様々な条件でプラズマ処理を行ったファージからDNAを抽出し、コートタンパク質を人為的に更新したファージを得てその活性を評価した。プラズマ処理ファージにはDNAとタンパク質いずれにも損傷がある可能性があるが、コートタンパク更新ファージにはDNAの損傷のみが受け継がれる。両者の相対的な感染率を比較した結果、ファージ不活化にはタンパク質損傷よりもDNA損傷の寄与が大きかった。
本年度は電子スピン共鳴(ESR)装置を導入し、プラズマ処理されたサンプル水溶液中に存在するラジカルの分析に着手した。プラズマジェット照射によりOHラジカルが水中に生成していることを確認し、そのシグナル強度と前年度までに行ったDNA切断解析との比較を行ったところ、DNA切断回数とESRシグナル強度の間に相関関係が認められ、DNA切断にプラズマ照射により生成されるOHラジカルが寄与していることが示唆された。
さらに、より実用的で重要なターゲットであるヒト由来培養細胞株(癌細胞など)を用いた実験系を構築し、上記で用いたプラズマ装置を用いてアポトーシス誘導可能な照射条件を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画のように分子レベルから細胞レベルまでの階層についてプラズマの影響評価を行い、各階層においてその影響を定量化する手法を確立しつつある。前年度までの手法に加えてESRによる液中ラジカル計測が可能になったほか、核酸-タンパク質複合体であるウイルスを用いた実験系および培養細胞株を用いた実験系も確立されつつあり、順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度に着手した液相に生成される化学種のESRによる同定をさらに進める必要がある。プラズマの形態、照射時間、溶液の条件等の操作によって高い精度と再現性で溶液中のラジカル生成量を制御する条件を探索する。
細胞レベルにおける検討では、代表的な真核細胞のモデル生物である出芽酵母を用いたレポーターアッセイ系を用い、プラズマ照射による細胞応答を解析する。DNAの損傷に伴って活性化するDNA修復酵素遺伝子のプロモーターを利用したDNA傷害性レポーターアッセイシステムを改良し、本研究の系に適用することによってプラズマ照射に伴い液相中に生成される化学種によるDNA損傷を検出することが可能か調べる。
培養細胞株を用いた実験では、癌細胞が正常細胞と比較してどのような特異的な応答を示すか実験的に調べる必要があり、液中ラジカル計測との比較が重要であると考えている。
組織・個体レベルにおける検討では、従来から多細胞生物のモデル生物として盛んに研究が行われており、取扱いや解析の手法が確立されている線虫を用いてプラズマの影響を実験的に調べる系の構築を進める。
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